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Int. Redes de Computadoras – Redes inalámbricas y móviles 6-1

Introducción a lasRedes deComputadoras

Capítulo 6Redes Inalámbricasy MóvilesNota acerca de las transparencias del curso:

Estas transparencias están basadas en el sitio web que acompaña el libro y han sido modificadas por los docentes del curso.

All material copyright 1996-2007J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved

Computer Networking: A Top Down Approach 4th edition. Jim Kurose, Keith RossAddison-Wesley, July 2007.


Capítulo 6: Redes Inalámbricas y Móviles

Background:❒ El número de servicios telefónicos celulares

(móviles) excede al número de serviciostelefónicos fijos

❍ 4.000 millones frente a 1.200 millones❒ Redes de computadoras: laptops, palmtops,

PDAs, Internet-enabled phones prometenacceso a Internet todo el tiempo y en todolugar

❒ dos importantes (pero diferentes) conceptos❍ inalámbrica: comunicación sobre enlace inalámbrico❍ movilidad: el usuario móvil cambia el punto de

conexión a la red


Capítulo 6 Agenda

❒ 6.1 Introducción

Inalámbrico❒ 6.2 enlaces inalámbricos,

características❒ 6.3 redes LAN

inalámbricas IEEE 802.11 (“Wi-Fi”®) y algo más

❒ 6.4 acceso celular a Internet

❍ arquitectura❍ standards

Movilidad❒ 6.5 Principles:

direccionamiento y routingpara los usuarios móviles

❒ 6.6 IP Móvil❒ 6.7 Manejando la movilidad

en redes celulares❒ 6.8 Movilidad y protocolos

de capas superiores❒ 6.9 Resumen


Elementos de una red inalámbrica

infraestructurade red

hosts inalámbricos❒ laptop, PDA, teléfono IP❒ corren aplicaciones❒ puede ser estacionario

(no móvil) o móvil❍ inalámbrico no siempre

significa movilidad




estación base❒ típicamente conectada a

la red cableada❒ relay – responsable de

enviar paquetes entre la red cableada y los hostsinalámbricos en su área

❍ p.e., torres celulares, Access Points 802.11




enlace inalámbrico❒ típicamente utilizado

para conectar los móviles a una estaciónbase

❒ también utilizado comoenlace de backbone

❒ protocolos de accesomúltiple que coordinan el acceso al enlace

❒ varias velocidades, determinadas por la calidad del medio, la cantidad de usuarios, el tráfico generado, etc.




modo infraestructura❒ la estación base conecta

los móviles a la red cableada

❒ handoff: el móvil cambia de estación base que le provee la conexión a la red cableada


Elementos de una red inalámbricamodo ad hoc❒ sin estaciones base❒ En principio, los nodos

sólo puedentransmitir a otrosnodos en el área de cobertura

❒ Los nodos se organizan ellosmismos en una red encaminamiento a través de ellosmismos

❒ Otras cosas a resolver:

❍ Direccionamiento❍ DNS❍ Routing


Taxonomía de una red inalámbrica

único salto múltiples saltos

infraestructura(p.e., APs)

noinfraestructura

host conectados a unaestación base (Wi-Fi™,

WiMAX™, celular) la cual lo conecta a

Internet

sin estación base, sin conexión a

Internet (Bluetooth, redes Wi-Fi™ad hoc)

el host podría tenerque atravesar variosnodos wireless para

conectarse a Internet: red mesh

no hay estación base, puedeexistir conexión a Internet.

Son redes “stub”. Los nodos deben hacerrelay de los mensajesa través de otros para

alcanzar el destinoMANET, VANET

MANET: Mobile (multihop) Ad hoc NETworksVANET: Vehicular Ad hoc NETworks


Características de los estándares de enlace inalámbricos

Indoor10-30m

Outdoor50-200m

Mid-rangeoutdoor

200m – 4 Km

Long-rangeoutdoor

5Km – 20 Km

.056

.384

1

4

5-11

54

IS-95, CDMA, GSM 2G

UMTS/WCDMA, CDMA2000 3G

802.15

802.11b

802.11a,g

UMTS/WCDMA-HSPDA, CDMA2000-1xEVDO 3.5G

802.16 (WiMAX)

802.11a,g point-to-point

200 802.11n

Vel

ocid

adde

dat

os(M

bps)

datos


Características de un enlace inalámbrico (1)Diferencias respecto a un enlace cableado…

❍ Decremento de la potencia de la señal: la señal de radio se atenua a medida que se propaga, por los obstáculos y por la distancia (path loss)

❍ interferencia de otras fuentes: frecuencias de redesinalámbricas estandarizadas (p.e., 2.4 GHz) compartidaspor otros dispositivos (p.e., teléfono) y tecnologías; dispositivos (motores, microondas) que interfieren

❍ propagación multipath: la señal de radio se refleja en objetos, llegando a destino en tiempos ligeramentedistintos

… hacen la comunicación a través (incluso en un punto a punto) de un enlace inalámbrico más dificultosa


Características de un enlace inalámbrico (2)❒ SNR: Relación Señal Ruido

❍ SNR grande – es sencilloextraer la señal del ruido(es algo bueno)

❒ SNR versus BER❍ Dado un esquema de

modulación: incremento en la potencia -> incremento en SNR -> decremento en BER

❍ dada la SNR: elegir la técnica de modulación quecumpla los requerimientosde BER, buscando el mayor throughput

❍ la SNR puede cambiar con la movilidad: adaptardinámicamente la capafísica (técnica de modulación, velocidad)

10 20 30 40

QAM256 (8 Mbps)

QAM16 (4 Mbps)

BPSK (1 Mbps)

SNR(dB)

BE

R

10-1

10-2

10-3

10-5

10-6

10-7

10-4


Características de las redes inalámbricas❒ Multiples emisores y receptores inalámbricos

crean problemas adicionales (más allá del accesomúltiple): colisiones

AB

C

Problema de la estación oculta:❒ B y A se escuchan entre sí❒ B y C se escuchan entre sí❒ A y C no se pueden escuchar

entre sí❒ Implica que A y C no se

enteran de su interferencia en B

A B C

A’s signalstrength

space

C’s signalstrength

Atenuación (fading) de la señal:

❒ B y A se escuchan entre sí❒ B y C se escuchan entre sí❒ A, C no puede escuchar al

otro, interfiriendo en B


Capítulo 6: Agenda

❒ 6.1 Introduction



inalámbricas IEEE 802.11(“Wi-Fi” ®) y algo más



Movilidad❒ 6.5 Principios:

direccionamiento y routingpara usuarios móviles

❒ 6.6 IP Móvil❒ 6.7 Manejando la movilidad

en redes celulares❒ 6.8 Movilidad y protocolos

de capas superiores❒ 6.9 Resumen


Redes LAN inalámbricas IEEE 802.11

❒ 802.11b❍ 2.4 GHz: espectro no licenciado❍ hasta 11 Mbps

❒ 802.11g❍ 2.4 GHz❍ hasta 54 Mbps

❒ 802.11a❍ rango 5-5.8 GHz no lic.❍ hasta 54 Mbps

❒ 802.11n: múltiples antenas❍ 2.4 y 5 GHz❍ hasta 200 Mbps

❒ Todos utilizan CSMA/CA para acceso múltiple❒ Todos tienen versión de red “estación base” y “ad-

hoc”❒ Capas de Enlace y Física❒ Dual-mode, tri-mode


Arquitectura LAN 802.11

❒ los host inalámbricos se comunican con la estaciónbase

❍ estación base = Access Point (AP)

❒ Basic Service Set (BSS)(“celda”) en el modoinfraestructura contiene:

❍ hosts inalámbricos❍ Access Point (AP):

estación base❍ modo ad hoc: sólo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

switcho routerAP

AP


802.11: Canales, asociación

❒ 802.11b: espectro 2.4 - 2.483,5 GHz dividido en 14 canales en diferentes frecuencias

❍ el administrador selecciona la frecuencia del AP❍ posible interferencia: el canal puede ser el mismo que el

elegido por el AP vecino

❒ Host: se debe asociar con el AP❍ scanning de canales, escuchando las tramas beacon

conteniendo el SSID: Service Set IDentifier, sudirección MAC y otra información

❍ selecciona el AP al que se asociará❍ puede existir autenticación❍ el AP puede tener corriendo un DHCP para que la estación

pueda obtener la dirección IP dentro de la subred del AP


802.11: scanning pasivo/activo

AP 2AP 1

H1

BBS 2BBS 1

122

3 4

Scanning activo: (1) Broadcast de la trama Probe

Request de H1(2) Tramas Probes Response enviadas

por los APs(3) Trama Association Request enviada

de H1 al AP seleccionado(4) Trama Association Response

enviada del AP seleccionado a H1

AP 2AP 1

H1

BBS 2BBS 1

12

3

1

Scanning pasivo:(1) Tramas Beacon enviadas por los

APs(2) Envío de la trama Association

Request de H1 a AP seleccionado(3) Envío de la trama Association

Response de AP a H1


IEEE 802.11: acceso múltiple❒ evitado de colisiones: 2 o más estaciones transmitiendo al

mismo tiempo❒ 802.11: CSMA – escuchar antes de transmitir

❍ No colisionar con las transmisiones de otros nodos

❒ 802.11: no hay detección de colisión❍ dificultad para recibir (sense collisions) cuando está transmitiendo

debido a la atenuación de las señales transmitidas (fading)❍ no puede percibir todas las colisiones en todos los casos: hidden

terminal, fading❍ objetivo: evitar colisiones - CSMA/C(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

A’s signalstrength

space

C’s signalstrength


Protocolo MAC de IEEE 802.11: CSMA/CA

emisor 802.111 si el canal se escucha libre por DIFS

entoncestransmite la trama entera (no hay CD)

2 si el canal se escucha ocupado entonces❍ lanza random backoff time❍ el timer realiza cuenta regresiva

mientras el canal está libre(backoff remanente)

❍ transmite cuando el timer expira❍ si no recibe el ACK, incrementa el

intervalo de backoff randómico y espera canal libre y timer cero antes de transmitir

receptor 802.11- si la trama es recibida OK

retorna ACK SIFS después (el ACK esnecesario debido al problema de la

estación oculta)

emisor receptor

DIFS

datos

SIFS

ACK

DIFS: Distributed Inter-Frame SpaceSIFS: Short Inter-Frame Space


Evitando colisiones (más)

idea: permitir al emisor “reservar” el canal en lugar del envíorandómico de tramas de datos: evita colisiones para tramasde datos largas

❒ el emisor primero transmite una pequeña trama Request-To-Send (RTS) hacia la BS, utilizando CSMA

❍ las RTSs podrían colisionar con otras (pero son cortas)❒ la BS hace broadcast de una trama Clear-To-Send (CTS) en

respuesta al RTS❒ el CTS es escuchado por todas las estaciones

❍ el emisor transmite la trama de datos❍ las otras estaciones difieren sus transmisiones

Evitar que las tramas de datoscolisionen completamente,

utilizando pequeñas tramas de reserva.Opcional su uso, no su respeto


Evitado de colisión: intercambio RTS-CTS

APA B

tiempo

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

colisión de reserva

accesodiferido


framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 802.11: direccionamiento

Dirección 2: Dir. MACde la STA o del AP, que transmite la trama

Dirección 1: Dir. MACde la estación (STA) o del AP, que recibela trama

Dirección 3: Dir. MAC de la interfaz del router al que el AP está conectado

Dirección 4: utilizado sóloen WDS (Wireless Distribution System)

bytes


Internetrouter

AP

H1 R1

Dir. MAC AP Dir. MAC H1 Dir. MAC R1dirección 1 dirección 2 dirección 3

trama 802.11

Dir MAC R1 Dir MAC H1 dir. destino dir. origen

trama 802.3

Trama 802.11: direccionamiento


framecontrol

duration/ ID

address1

address2

address4

address3

payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

ProtectedMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 802.11: másduración de la reserva de tiempo de transmisión (RTS/CTS)

nro. de seq. de trama

Tipo de trama: Control, Gestión y Datos(por ejemplo, RTS, CTS, ACK, Probe, Beacon, datos)

bytes

bits


switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

802.11: movilidad en la mismasubred

router❒ H1 permanece en la misma subred IP: la dirección IP puedeser la misma

❒ switch: ¿Qué AP estáasociado con H1?

❍ self-learning (Ch. 5): el switch observa la trama de H1 y “recuerda” qué puertodel switch puede ser utilizado para alcanzara H1


802.11: capacidades avanzadas

Adaptación de velocidad❒ El AP y la estación,

dinámicamente cambian la velocidad de transmisión(técnica de modulación de la capa física) a medidaque la STA se mueve y la SNR varía

❒ Soluciones propietarias

QAM256 (8 Mbps)QAM16 (4 Mbps)BPSK (1 Mbps)

10 20 30 40SNR(dB)

BE

R

10-1

10-2

10-3

10-5

10-6

10-7

10-4

Punto de operación

1. A medida que la STA se aleja del AP, SNR baja, BER sube

2. Cuando BER sube mucho, se cambia a una velocidadde transmisión menor perocon menor BER


802.11: capacidades avanzadasGestión de Energía❒ desde la STA al AP: “Me voy a dormir hasta dentro de x

tramas Beacon”❍ el AP sabe que no debe transmitir tramas para esa

STA❍ la STA se despierta antes del próximo Beacon

“acordado”❒ trama Beacon: contiene la lista de las estaciones que

tienen tramas almacenadas en el AP, a la espera de ser enviadas

❍ Si una STA tiene tramas almacenadas, no se puede ir a dormir otra vez, en caso contrario, sí

❒ Proceso de recuperación de las tramas❍ Trama PS-Poll (Power Save)


Mradio decobertura

S

SS

P

P

P

P

M

S

Dispositivo maestro

Dispositivo esclavo

Dispositivo Parked (inactivo)P

IEEE 802.15: Redes de ÁreaPersonal (PAN)❒ alrededor de 10 m de “diámetro”❒ WPAN❒ sustitución de cables (mouse,

teclado, headphones)❒ ad hoc: no infraestructura❒ sin colisiones❒ TDM y TimeDivisionDuplex

❍ Time Slots de 625 µs❍ 79 canales❍ “Full-duplex”

❍ Patrón de salto de frecuencia❍ Sincronismo en tiempo y en

frecuencia


Mradio decobertura

S

SS

P

P

P

P

M

S

Dispositivo maestro

Dispositivo esclavo

Dispositivo Parked (inactivo)P

IEEE 802.15: Redes de ÁreaPersonal (PAN)❒ Arquitectura

❍ Piconet❍ Scatternet

❒ maestro/esclavo:❍ El maestro coordina el uso

del medio❒ 802.15: generado a partir

de la EspecificaciónBluetooth™❍ espectro 2.4 -2.483,5GHz❍ hasta 721 kbps


IEEE 802.16: WiMAX™❒ World Interoperability

for Microwave Access❒ Fijo: 802.16-2004❒ Móvil: 802.16e❒ similar a 802.11 & celular:

modelo de estación base❍ transmisiones hacia y desde

la estación base❍ backhaul: antena punto a

punto

❒ a diferencia de 802.11:❍ rango ~ 10 Km (“ciudad en

lugar de plaza de comidas”)❍ ~14 Mbps

point-to-multipoint

point-to-point


WiMAX: downlink, uplink scheduling

❒ trama de transmisión❍ downlink subframe: BS -› nodo (SS)❍ uplink subframe: nodo (SS) -› BS

prea

m.

DL-MAP

UL-MAP

DLburst 1

SS #1DL

burst 2DL

burst nInitialmaint.

requestconn.

downlink subframe

SS #2 SS #k

uplink subframe

…

…

…

…

la BS le indica a los nodos (Subscribers Stations) asociados quienesy dónde reciben (DL-MAP) y quienes envían (UL-MAP) y cuando

❒ Puede trabajar TDM y FDM❒ Connection Oriented Service: Connection ID❒ Cada CID con su QoS


Capítulo 6: Agenda




inalámbricas IEEE 802.11 (“Wi-Fi” ®) y algo más





❒ 6.6 IP Móvil❒ 6.7 manejando la movilidad

en redes celulares❒ 6.8 movilidad y protocolos de

capas superiores❒ 6.9 resumen


Acceso inalámbrico a Internet

❒ Wi-Fi❍ Relativamente madura y amplio despliegue❍ LAN

❒ WiMAX❍ Relativamente inmadura y escaso despliegue❍ MAN

❒ ¿Entonces?: ¿redes celulares?


Mobile Switching

Center

Public telephoneNetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de la arquitecturade una red celular

� conecta las celdas a la wide area net� gestiona el establecimiento y la liberación de las llamadas� gestiona la movilidad

MSC

� cubre una regióngeográfica� base station (BS) análogo a 802.11 AP� mobile users se conecta a la red a través de la BS� air-interface:protocolos de capafísica y de capa de enlace entre el móvil(MS) y la BS

celda

Red cableada


Redes celulares: el primer salto❒ Dos técnicas para

compartir el espectro de radio entre el móvil y la BS

❍ FDMA/TDMA combinada:divide el espectro en Fcanales de frecuencia y divide cada canal en T timeslots -> T x F llamadassimultáneas

❍ CDMA: Code Division Multiple Access. Todos los usuarioscomparten la mismafrecuencia al mismo tiempo. A cada usuario se le asigna un “código”

Bandasde frecuencia

time slots


Estándares: muy breve inspección

Sistemas 1G: analógicos (AMPS); FDMA; vozSistemas 2G: digitales; voz❒ IS-136 (D-AMPS): FDMA/TDMA combinado (USA)❒ IS-95: CDMA o cdmaOne (USA y Corea)❒ GSM (Global System for Mobile communications):

FDMA/TDMA combinado❍ Tecnología más difundida❍ 124 bandas de 200 kHz con 8 time slots cada una❍ Canales de control y de tráfico❍ Datos por conmutación de circuitos (hasta 9.6kbps)

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMA/FDMA¡¡No se ahoge en un plato de sopa de siglas:Utilícelo solamente como una referencia!!



Sistemas 2.5G: canales de voz y datos❒ Para aquellos que no podían esperar por los servicios 3G:

extensiones a 2G❒ General Packet Radio Service (GPRS)

❍ desarrollado a partir de GSM (puede ir también sobre CDMA e IS-136)

❍ datos enviados en múltiples canales (si está disponible)❍ Conmutación de paquetes: desde 14,4 hasta 171,2 kbps

❒ CDMA2000 1X (fase 1)❍ velocidades de hasta 144 kbps❍ desarrollado a partir de IS-95

Sistemas 2.75G: voz y datos❒ Enhanced Data rates for Global (GSM) Evolution (EDGE)

❍ desarrollado a partir de GSM, utilizando un esquema de modulaciónmucho más eficiente

❍ velocidades de hasta 384k



Sistemas 3G: voz y datos❒ Calidad de voz similar a telefonía fija, video streaming, …❒ Velocidades

❍ 144 kbps en un auto hasta 120 Km/h (macrocelda)❍ 384 kbps uso exterior quieto o caminando (microcelda)❍ 2 Mbps uso interior (picocelda)

❒ Estándares 3G definidos en ITU (IMT-2000)❍ Universal Mobile Telecommunications Service (UMTS)

• Evolución de GSM• Interfaz de aire: WCDMA ó EDGE• Servicio de datos: High Speed Uplink/Downlink Packet Access (HSDPA/HSUPA):

hasta 14 Mbps; HSDPA: 3.5G; HSUPA: 3.75G❍ CDMA2000: CDMA en TDMA slots

• Evolución de IS-95• servicio de datos: 1xEvolution Data Optimized (1xEVDO) del orden de 3 Mbps• USA y algo de Asia


Capítulo 6: Agenda









❒ 6.6 IP Móvil❒ 6.7 manejando la movilidad

en redes celulares❒ 6.8 movilidad y protocolos de

capas superiores❒ 6.9 resumen


¿Qué es movilidad?

❒ Espectro de la movilidad, desde la perspectiva de la red:

Sin movilidad Alta movilidad

usuariosinalámbricosmóviles, utilizandoel mismo AP

usuarios móviles, pasando a través de múltiples APsmientras mantienenlas conexionesestablecidas (p.e. teléfono celular)

usuarios móvilesconectándose y desconectándosede la red


Movilidad: TerminologíaHome Network: red “hogar” del móvil(p.e., 128.119.40/24)

Permanent Address:dirección en la Home Network, puede ser siempre utilizada paraalcanzar al móvilp.e., 128.119.40.186

Home Agent: entidad querealiza las funciones de gestiónde la movilidad en nombre del móvil, cuando el móvil no estáen su “hogar”

Wide Area Network

Correspondent


Movilidad: más Terminología

Care-of-Address: direcciónen la red visitada.(p.e., 79,129.13.2)

Wide Area Network

Foreign Network: red dondeel móvil reside actualmente(p.e., 79.129.13/24)

Permanent Address:permanece constante (p.e., 128.119.40.186)

Foreign Agent: entidad en la red visitada que realizalas funciones de movilidad en nombredel móvil.

Correspondent: buscacomunicarse con el móvil


Movilidad: aproximación

❒ Dejar que el routing lo maneje: los routers publican la Permanent Address del nodo móvil a través de los intercambiosusuales de tablas de routing.

❍ las tablas de routing indican dónde está localizado cada nodomóvil

❍ no hay cambios en los end-systems❒ Dejar que los end-systems lo manejen:

❍ routing indirecto: la comunicación desde el Correspondent al móvil es a través del Home Agent, quien hace el forwardingal sitio remoto

❍ routing directo: el Correspondent obtiene la Foreign Address del móvil y le envía directamente a él


Movilidad: aproximación

❒ Dejar que el routing lo maneje: los routers publican la Permanent Address del nodo móvil a través de los intercambiosusuales de tablas de routing.

❍ las tablas de routing indican dónde está localizado cada nodomóvil

❍ no hay cambios en los end-systems❒ Dejar que los end-systems lo manejen:

❍ routing indirecto: la comunicación desde el Correspondent al móvil es a través del Home Agent, quien hace el forwardingal sitio remoto

❍ routing directo: el correspondent obtiene la Foreign Address del móvil y le envía directamente a él

no escalable

para millonesde

móviles


Movilidad: registro

resultado:❒ el Foreign Agent conoce acerca de la presencia del

móvil❒ el Home Agent conoce la ubicación del móvil

Wide Area Network

Home NetworkVisited Network

1

el móvilcontacta al Foreign Agentcuando llega a la Visited Network

2

el Foreign Agent contacta al Home Agent: “este móvil estáresidiendo en mi red”


Movilidad a través de RoutingIndirecto

Wide Area Network

HomeNetwork

VisitedNetwork

3

2

41

el Correspondentdirecciona los paquetes utilizando la Home (o Permanent) Address del móvil

el Home Agentintercepta los paquetesy los forwardea hacia el Foreign Agent

el Foreign Agentrecibe los paquetesy los forwardea al móvil

el móvil respondedirectamente al CorrespondentCorrespondent


Routing Indirecto: comentarios❒ El Móvil utiliza dos direcciones:

❍ Permanent Address: utilizada por el Correspondent (por lo tanto la ubicación del móvil es transparente para el Correspondent)

❍ Care-of-Address: utilizada por el Home Agent para enviardatagramas al móvil

❒ Encapsulado de los datagramas entre el HA y el FA (Tunneling)❒ Las funciones del Foreign Agent pueden ser realizadas por el

mismo móvil❒ Routing triangular: Correspondent--Home-Network--móvil

❍ Routing ineficiente en algunos casos❍ Worst case: cuando elCorrespondent y el móvilestán en la misma red


Routing Indirecto: moviéndose entre redes

❒ Suponga que un usuario móvil se mueve a otrared❍ se registra con el nuevo Foreign Agent❍ el nuevo Foreign Agent se registra con el Home

Agent❍ el Home Agent actualiza la Care-of-Address para

el móvil❍ los paquetes siguen siendo forwardeados al móvil

(pero con la nueva Care-of-Address)❒ movilidad entre Foreign Networks: se pueden

perder y duplicar algunos paquetes


Movilidad a través de RoutingDirecto

Wide Area Network

HomeNetwork

VisitedNetwork

4

2

51el Correspondentsolicita y recibe la Care-of-Address del móvil

Correspondent haceforwarding al Foreign Agent

el Foreign Agentrecibe los paquetesy hace forwardingal móvil

el móvil respondedirectamente al Correspondent

3


Movilidad a través de Routing Directo: comentarios❒ soluciona el problema del routing triangular❒ no transparente para el Correspondent: el

Correspondent debe obtener la Care-of-Address desde el Home Agent❍ ¿Qué ocurre si el móvil cambia de red visitada?


wide area network

1

foreign net visited at session start

anchorforeignagent 2

4

new foreignagent

35

correspondentagent

correspondent

new foreignnetwork

Acomodando la movilidad con el routingdirecto

❒ Foreign Agent fijo: FA en la primera red visitada❒ los datos siempre son encaminados primero al FA

fijo❒ cuando el móvil se mueve: el nuevo FA acuerda

tener los datos “forwardeados” desde el viejo FA (chaining)


Capítulo 6: Agenda







Movilidad❒ 6.5 principios:

direccionamiento y routing para usuariosmóviles

❒ 6.6 IP Móvil❒ 6.7 manejando la

movilidad en redescelulares

❒ 6.8 movilidad y protocolos de capassuperiores

❒ 6.9 resumen


IP Móvil

❒ RFC 3344❒ Charles Perkins❒ tiene varias de las prestaciones que vimos:

❍ Home Agents, Foreign Agents, Foreign-Agent registration, Care-of-Addresses, encapsulation

❒ tres componentes en el estándar(servicios):❍ Agent Discovery❍ registro con el Home Agent❍ routing indirecto de datagramas (RFC 2003 y

2004)


IP Móvil: routing indirecto

Permanent Address: 128.119.40.186

Care-of Address: 79.129.13.2

dest: 128.119.40.186

paquete enviadopor el Correspondent

dest: 79.129.13.2 dest: 128.119.40.186

paquete enviado por el Home Agent al Foreign Agent: un paquete que lleva un paquete

dest: 128.119.40.186

Paquete desde el Foreign Agental móvil


IP Móvil: Agent Discovery❒ Agent Advertisement: los Foreign/Home Agents publican el

servicio que brindan haciendo broadcast de mensajes ICMP (campo type = 9)

RBHFMGV bits reserved

type = 16

type = 9 code = 0 = 9

checksum

router address

standard ICMP fields

mobility agent advertisement

extension

length sequence #

registration lifetime

0 or more care-of-addresses

0 8 16 24

R bit: registrorequeridoB: busy

H,F bits: Home y/oForeign Agent


IP Móvil: ejemplo de registro

visited network: 79.129.13/24 home agent

HA: 128.119.40.7 foreign agent

COA: 79.129.13.2 COA: 79.129.13.2

….

ICMP agent adv. Mobile agent MA: 128.119.40.186

registration req. COA: 79.129.13.2 HA: 128.119.40.7 MA: 128.119.40.186 Lifetime: 9999 identification:714 ….

registration req.

COA: 79.129.13.2 HA: 128.119.40.7 MA: 128.119.40.186 Lifetime: 9999 identification: 714 encapsulation format ….

registration reply

HA: 128.119.40.7 MA: 128.119.40.186 Lifetime: 4999 Identification: 714 encapsulation format ….

registration reply

HA: 128.119.40.7 MA: 128.119.40.186 Lifetime: 4999 Identification: 714 ….

time


Componentes de la arquitecturade una red celular

Correspondent

MSC

MSC

MSC MSC

MSC

wired public telephonenetwork

Diferentes redes celulares,operadas por diferentes proveedores

recordar:


Manejando la movilidad en redescelulares

❒ Home Network: red del proveedor celular al que se estásubscripto (p.e. Ancel, Claro, Movistar)

❍ Home Location Register (HLR): base de datos en la Home Network conteniendo el número permanente del teléfonocelular, información del perfil (servicios, preferencias, facturación), información acerca de la localización actual (puede ser en otra red)

❒ Visited Network: red en la que reside actualmente el móvil❍ Visitor Location Register (VLR): base de datos con una

entrada para cada usuarios que actualmente visita dichared

❍ puede ser Home Network


Public Switched TelephoneNetwork

mobileuser

homeMobile

Switching Center

HLR Home Network

VisitedNetwork

Correspondent

Mobile Switching

Center

VLR

GSM: routing indirecto al móvil

1 llamada encaminadaa la Home Network

2

el home MSC consulta al HLR,obtiene el nro. de roaming delmóvil en la Visited Network

3

el home MSC establece el 2do tramode la llamada al MSC de la red visitada

4

el MSC en la Visited Network completala llamada hacia el móvil a través de la BS


Mobile Switching

Center

VLR

BSvieja

BSnueva

old routing

newrouting

GSM: handoff en el mismo MSC

❒ Objetivo del handoff: encaminar la llamada a travésde la nueva BS (sin interrupción)

❒ razones para el handoff:❍ Señal más fuerte desde y/o

hacia la nueva BSS (continuando la conectividad, drenando menos batería)

❍ balance de carga: liberar un canal en la BS actual

❍ GSM no especifica un mandato para realizarhandoff (la política), sóloespecifica cómo (el mecanismo)

❒ el handoff es iniciado por la BS vieja


Mobile Switching

Center

VLR

BSvieja

1

3

24

5 6

78

GSM: handoff en el mismo MSC

BSnueva

1. la BS vieja informa al MSC del handoff inminente y provee una lista de 1 o másposibles BSs nuevas

2. el MSC establece el camino (asigna recursos) para la BS nueva y la señaliza acerca queocurrirá el handoff

3. la BS nueva asigna un canal de radio para ser utilizado por el móvil

4. la BS nueva señaliza a la vieja BS y al MSC que el camino está establecido y que está“pronta” para el handoff

5. la vieja BS le indica al móvil: “realice handoff a la nueva BS”

6. la nueva BS señaliza al móvil para activar el nuevo canal

7. el móvil señaliza a la nueva BS y al MSC: “handoff completo”. El MSC re-encamina la llamada

8. se liberan los recursos “MSC - vieja BS”


Movilidad: GSM vs. IP Móvil

Care-of-Address

Dirección encaminable para el segmento de llamada telefónica entre el home MSC y el visited MSC, visible tanto para el móvil

como para el correspondent.

Mobile Station Roaming Number (MSRN), or “roaming number”

Foreign Agent

Visited MSC: responsable del establecimiento desde y hacia los nodosmóviles en las celdas asociadas con el

MSC. VLR: base de datos con entradatemporal en el visited system, conteniendo

información de subscrpción para cadausuario móvil visitante

Visited Mobile services Switching Center.

Visitor Location Record (VLR)

Visited NetworkRed distinta a la home system donde el

usuario móvil reside actualmenteVisited System

Home Agent

Home MSC: punto de contacto para obteneruna dirección encaminable del usuariomóvil. HLR: base de datos en el home

system conteniendo en número de teléfonopermanente, información de perfil,

localización actual del usuario móvil, información de subscripción

Gateway Mobile Switching Center, o

“home MSC”. Home Location Register

(HLR)

Home NetworkRed a la cual pertenece el número de

teléfono permanente del móvil del usuarioHome system

elemento IP MóvilComentario del elemento GSM Elemento GSM


Inalámbrico, movilidad: impacto en los protocolos de capas superiores (y en las aplicaciones)

❒ lógicamente, el impacto debería ser mínimo …❍ El modelo de servicio best effort permanece incambiado❍ TCP y UDP pueden (y lo hacen) correr “sobre” inalámbrico y

movilidad…❒ … pero hay aspectos relacionados con la performance:

❍ pérdida/retardo de PDUs debido a errores en bits (PDUsdescartados, retardos por retransmisiones en capa de enlace), y handoff

❍ TCP interpreta pérdida como congestión, por lo tantodecrementa, a veces innecesariamente, la ventana de congestión

❍ problemas con los retardos para tráfico de tiempo real❍ ancho de banda limitado en enlaces wireless


Inalámbrico, movilidad: impacto en los protocolos de capas superiores. Paliativos

❒ Capa 2❍ Técnicas más “agresivas” de corrección de errores

❒ Capa 4❍ Split de la conexión: TCP para wireless y TCP para wired

❍ Distinguir entre pérdidas por hostilidad del medio y por congestión• ECN: Explicit Congestion Notification

– RFC 3168, 3540, 4774– Señalizar con 2 bits en el encabezado IP y 2 en el TCP, que

efectivamente se está experimentando congestión– Soportado en MAC OS, Windows Vista, Linux, Cisco, Solaris

9, tcpdump, wireshark, ns-2,...– http://www.icir.org/floyd/ecn.html

Date post:	01-Jan-2021
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